Пантелеймоновский монастырь расположен в местности, которая раньше называлось «Лазаревщина».
По ходатайству первого епископа Чигиринского Феофана (Шиянова-Чернявского) с 1802 года это урочище стало хутором при загородном викариатском доме — даче преосвященного настоятеля Михайловского Златоверхого монастыря.
В 1802—1803 годах был построен и освящён первый храм в честь Чуда Архангела Михаила. Феофанией эту местность благословил называть митрополит Киевский Гавриил.
Святитель Иннокентий (Борисов), настоятель Михайловского Златоверхого монастыря в 1836—1841 годах, много потрудился здесь и ввёл в Феофании библейские названия. Епископ Серафим (Аретинский), настоятель Михайловского монастыря в 1859—1865 годах, в 1861 году благословил открыть в Феофании скит.
В начале XX века монахи Феофаниевского скита обратились в консисторию с просьбой о строительстве нового собора, ибо существовавших в ските раньше уже не могли принять огромного количества прихожан. 16 июля 1905 по проекту Евгения Ермакова был заложен большой собор. 1 июля 1914 состоялось торжественное освящение нового киевского Пантелеимоновского храма.
До революции в Феофании было построено 4 храма: Чуда Архангела Михаила (деревянный), Всех Святых, Владимирской иконы Божией Матери и собор великомученика Пантелеимона.
Закрыли скит до войны. Все было либо разрушено, либо изуродовано до неузнаваемости.
Свято-Пантелеимновский собор сильно пострадал во время Великой Отечественной войны. Именно в этом месте проходила линия обороны Киева осенью 1941 года и здание собора имело очень большое военно-стратегическое значение (высотное здание с которой можно вести прицельный огонь), поэтому храм принял на себя страшный минометный удар.
После войны Институт механики АН УССР проводил в соборе эксперименты со взрывами направленного действия.
7 мая 1990 года Свято-Пантелеймоновский собор был возвращён Церкви и в нем начались восстановительные работы. С 1993 года при соборе был открыт скит киевского Свято-Покровского женского монастыря.
В 1998 году Свято-Пантелеймоновский собор был освящён Митрополитом Киевским и всея Украины Владимиром, а с 2002 года решением Священного Синода Свято-Пантелеймоновский скит становится самостоятельным общежительным монастырём.
В 2005 года был построен монашеский корпус с домовым храмом в честь чуда Архистратига Михаила с колокольней
